量子計(jì)算機(jī)破曉：計(jì)算速度提升1億倍

PARADISEBIRD

王思琪
　　日前，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室宣布量子計(jì)算機(jī)最新進(jìn)展：在兩次測(cè)試中D-Wave2X的運(yùn)行速度比傳統(tǒng)模擬裝置計(jì)算機(jī)芯片運(yùn)行速度快1億倍。
　　這項(xiàng)突破性的成果也打破了業(yè)內(nèi)對(duì)于量子計(jì)算機(jī)真?zhèn)蔚拇嬉伞＿@次，谷歌和NASA一同證實(shí)了量子計(jì)算機(jī)的可操作性。
　　2013年，谷歌從D-Wave系統(tǒng)公司購買了一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，并與NASA共同開展量子計(jì)算機(jī)的研究項(xiàng)目。事實(shí)上業(yè)內(nèi)對(duì)于量子計(jì)算機(jī)是否真正能夠投入商用存在多方質(zhì)疑，D-Wave系統(tǒng)公司自2007年推出首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)開始就備受爭議。一些學(xué)者認(rèn)為由于量子形態(tài)并不穩(wěn)定，量子計(jì)算機(jī)只是在理論層面可行，加上能夠運(yùn)用量子計(jì)算的算法有限相對(duì)編程也較傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難度更大，因此并不具備可行性。
       量子計(jì)算被認(rèn)為是解決計(jì)算的臨近物理屏障，但其運(yùn)行背后的物理學(xué)是一門非常復(fù)雜的問題，谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人也認(rèn)為未來還將面臨更多的工作：“雖然這些結(jié)果是有趣和非常令人鼓舞的，但要把量子增強(qiáng)優(yōu)化成一門實(shí)用技術(shù)，還有更多的工作要做�！�
　　D-Wave的黑科技
　　谷歌這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)D-Wave2X從加拿大量子計(jì)算公司D-Wave手中購買。這家公司早在2007年就宣布研發(fā)出量子計(jì)算機(jī)，并在2012年獲得亞馬遜創(chuàng)始人JeffBezos與美國中情局旗下投資機(jī)構(gòu)In-Q-Tel的投資。
　　但一直以來業(yè)界對(duì)于D-Wave所生產(chǎn)的量子計(jì)算機(jī)是否能夠最終實(shí)現(xiàn)還存在爭議。一部分學(xué)者認(rèn)為，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的假設(shè)過于玄幻，事實(shí)上，計(jì)算機(jī)還有許多需要克服的技術(shù)問題，比如量子的不穩(wěn)定性決定信息狀態(tài)不穩(wěn)定，這將影響到計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　傳統(tǒng)的計(jì)算單位是bit(比特)，也就是我們常說的二進(jìn)制中的0和1。而量子計(jì)算機(jī)蘊(yùn)含信息的最小單位被稱為(Qubit)，是通過“囚禁”原子技術(shù)，降低原子溫度讓原子保持量子形態(tài)。這些量子的最大特點(diǎn)是其包羅萬象，一個(gè)量子能夠同時(shí)代表0和1，這視用戶所要提取信息而定。
　　這種設(shè)置從根本上提升了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。按照傳統(tǒng)算法，當(dāng)用戶需要提取某一個(gè)詞組信息或者需要解決一個(gè)問題時(shí)，計(jì)算機(jī)要先把所有可能性列舉出來并驗(yàn)證一遍才能得到正確的信息，而量子計(jì)算機(jī)能夠直接計(jì)算并提取出相應(yīng)信息。
　　今年8月，D-Wave公司發(fā)布了2X系統(tǒng)，其中運(yùn)用了1152Qubit的架構(gòu)(對(duì)比第二代系統(tǒng)多了640Qubit)，這也是谷歌和NASA階段性成果研發(fā)所運(yùn)用的系統(tǒng)。
　　對(duì)比之前的系統(tǒng)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)從提升量子的運(yùn)行速度轉(zhuǎn)移到保持量子穩(wěn)定性以提升性能上。
　　提高運(yùn)行速度能做什么
　　在電影《模仿游戲》中，AlanTuring發(fā)明了圖靈計(jì)算機(jī)減少排列信息組合時(shí)間，破譯德軍加密信息，讓二戰(zhàn)提前至少兩年結(jié)束。而在圖靈研發(fā)計(jì)算機(jī)的時(shí)候政府當(dāng)局并不看好，認(rèn)為通過計(jì)算機(jī)來驗(yàn)證排列組合是天方夜譚。
　　可見提升計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度能夠帶來突破想象的改變。
　　量子計(jì)算機(jī)最大的功能莫過于大幅縮短提取用戶所需信息要用到的時(shí)間，因此能夠用于解決一些目前懸而未決的問題。比如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)花費(fèi)上萬年才能計(jì)算出來的算式，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來說可能只需要短短幾秒鐘的時(shí)間。因此，量子計(jì)算機(jī)最大的用途可以說是幫助提升科學(xué)研究的質(zhì)量，比如幫助解決廣為人知的組合優(yōu)化類問題，包括基因序列分析和蛋白質(zhì)折疊的風(fēng)險(xiǎn)分析等。
　　即便克服量子穩(wěn)定性的問題，量子計(jì)算機(jī)在實(shí)際落地推廣方面也會(huì)遇到一些實(shí)質(zhì)問題，最大的障礙是，并不是所有的算法都能運(yùn)用量子計(jì)算機(jī)，以及對(duì)于程序員來說，要掌握一套比現(xiàn)有算法更為復(fù)雜的編程方式。